淺談耙平器掃淺工藝實(shí)驗(yàn)研究

周權(quán)

摘? ? 要：耙平器是航道疏浚工程中的重要設(shè)備，對(duì)于疏浚工作的自動(dòng)化、效率化有重大意義。該文以長興島航道疏浚工程為例，分析了耙平器安裝及使用的方案，并結(jié)合工程情況，提出了結(jié)合圖紙更換耙平器種類與曲線航道疏浚的創(chuàng)新工作模式。為今后類似航道疏浚工程提供了學(xué)習(xí)案例與指導(dǎo)意見，也為耙平器的使用方案與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新提供了參考價(jià)值較高的研究案例，對(duì)于我國航道疏浚工程與耙平器掃淺工藝創(chuàng)新進(jìn)步存在一定的意義。

關(guān)鍵詞：航道疏浚;耙平器;工藝創(chuàng)新

1? 項(xiàng)目背景

維護(hù)性疏浚工程通常特點(diǎn)為疏浚面積大，泥層薄，淺點(diǎn)較為分散。后期掃淺施工繁重，如何高效經(jīng)濟(jì)的完成掃淺施工成為工程的重點(diǎn)，相對(duì)于耙吸船、抓斗船掃淺，利用耙平器完成掃淺工作具有高效、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，國內(nèi)很多工程都運(yùn)用耙平器進(jìn)行掃淺施工，積累了較豐富的資料和成果。如何根據(jù)工程實(shí)際發(fā)揮最大功效仍需要進(jìn)行深入的研究和分析。

為迎接工程狀況越來越復(fù)雜的挑戰(zhàn)，項(xiàng)目部將開展以上輔助設(shè)備的優(yōu)化與改進(jìn)工作。

2? 項(xiàng)目研究的主要內(nèi)容

2.1? 分析土質(zhì)情況，確定施工難點(diǎn)

本工程基于長興島航道維護(hù)性疏浚工程研究，由于工程為維護(hù)性疏浚，業(yè)主單位未提供土質(zhì)勘探報(bào)告，項(xiàng)目部僅根據(jù)施工區(qū)實(shí)際土質(zhì)采樣分析結(jié)合施工測圖對(duì)施工區(qū)內(nèi)土質(zhì)進(jìn)行分析。

項(xiàng)目部采用7500m?艙容耙吸船施工期間，發(fā)現(xiàn)施工區(qū)存在漁網(wǎng)塊石等情況，同時(shí)，耙吸船在內(nèi)航道施工期間，航速變化較為明顯，施工淤泥土質(zhì)時(shí)耙吸船航速約為3～4節(jié)左右，施工至粉細(xì)砂等土質(zhì)時(shí)，航速下降至1～2節(jié)，且泥泵流速降低，導(dǎo)致施工效果較差。結(jié)合測圖顯示，耙吸船后期施工效果較差，形成了一道道壟溝，對(duì)耙吸船施工造成了較大困擾。

2.2? 耙平器的種類搜集，及前期相關(guān)內(nèi)容調(diào)研工作

項(xiàng)目部前期積極與大連理工大學(xué)土木建筑設(shè)計(jì)研究院以及協(xié)作單位耙平器相關(guān)專家進(jìn)行研究討論，結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行研究學(xué)習(xí)。

按照結(jié)構(gòu)類型和使用途徑分別將耙平器主要分為三類型：滾鏟型耙平器、切片型耙平器、拖平式耙平器。

2.2.1? 滾鏟型耙平器

滾鏟型耙平器利用拖輪產(chǎn)生的拖曳力，滾鏟在泥面上滾動(dòng)，主要針對(duì)砂質(zhì)土質(zhì)以及海洋海底垃圾等進(jìn)行耙平施工，根據(jù)土質(zhì)不同，滾鏟型耙平器耙頭也分為菱形和圓形。

2.2.2? 切片型耙平器

切片型耙平器設(shè)計(jì)原理參考于絞吸船絞刀。針對(duì)粘土性土質(zhì)，滾鏟型耙平器和托平式耙平器針對(duì)粘土土質(zhì)破土效果很差，根據(jù)不同粘土類型，切片型耙平器中也分為大切片和小切片。

2.2.3? 拖平式耙平器

拖平式耙平器主要針對(duì)淤泥等較軟土質(zhì)進(jìn)行整平，根據(jù)施工需要，拖平式耙平器也分為帶耙齒和不帶齒的類型，根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)得知，該類型耙平器的整平效果較好。

2.3? 施工技術(shù)方案

2.3.1? 施工手續(xù)準(zhǔn)備

項(xiàng)目部為保證工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)，拖輪需辦理施工作業(yè)許可證。

2.3.2? 設(shè)備安裝

（1）A字架安裝。A字架起起吊和下放耙平器的作用。A字架一般連接在甲板安裝好的地菱上。

（2）吊索安裝。使用42mm的鋼絲繩將吊索的一端固定在耙平器上，另一端則通過A字架頂?shù)亩ɑ嗊B接在拖輪上。

（3）拖索安裝。耙平器的拖索由48mm的鋼絲繩，設(shè)置在船舶兩側(cè)。

（4）邊吊索安裝。為了防止拖索在自由狀態(tài)下有一些沉在泥面，航行中不安全，所以需把拖索露出泥面。在船邊布置直徑20mm的邊吊索，接在拖索和錨機(jī)上。

2.3.3? 定位控制

定位裝置則安裝在拖輪上。船上有DGPS定位系統(tǒng)，同時(shí)還需要安裝施工電腦和施工導(dǎo)航軟件，目前主流軟件有HYPAC系列、中海達(dá)系列和南方測繪系列軟件。由于項(xiàng)目部和施工船舶普遍采用HYPAC軟件，故本次耙平器拖輪采用HYPAC軟件。通過將水深文件導(dǎo)入電腦中，可以直觀地通過水深圖來指導(dǎo)施工。項(xiàng)目部人員安裝DGPS接收機(jī)，進(jìn)行GPS校核，保證施工精確度。

2.3.4? 深度校準(zhǔn)

關(guān)于拖索長度可按照勾股定理求之。

2.4? 分析總結(jié)工作

項(xiàng)目部第一次選擇采用拖平式耙平器進(jìn)行掃淺施工，由于未考慮到壟溝形成主要是由于土質(zhì)因素造成的。故采用拖平式耙平器進(jìn)行施工期間，進(jìn)行測量后，結(jié)合測圖分析發(fā)現(xiàn)掃淺施工效果不理想。項(xiàng)目部通過去分析土質(zhì)發(fā)現(xiàn)，施工區(qū)內(nèi)主要土質(zhì)為淤泥、淤泥質(zhì)粘土、粉細(xì)砂、中砂等土質(zhì)。由于土質(zhì)復(fù)雜，耙吸船施工效率隨土質(zhì)變化較為明顯，施工上層淤泥土質(zhì)時(shí)，耙吸船施工生產(chǎn)率較高，航速和泥泵泥漿濃度及流速都較高，隨著土質(zhì)的變化，施工至粘土及砂土?xí)r，耙吸船航速明顯降低，生產(chǎn)率也隨之降低，施工難度逐漸增大。

此時(shí)，項(xiàng)目部安排耙平器配合耙吸船進(jìn)行施工，考慮到施工區(qū)內(nèi)施工重點(diǎn)難點(diǎn)在于細(xì)砂和中粗砂的影響較大，由于細(xì)砂和中粗砂易固結(jié)，耙吸船破土效果較差，為進(jìn)一步提高耙吸船施工效率，項(xiàng)目部選用滾鏟式耙平器配合耙吸船施工，對(duì)比發(fā)現(xiàn)施工效率明顯提升，耙吸船生產(chǎn)率也得到了部分提升。

3? 項(xiàng)目取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)

本項(xiàng)目通過不同土質(zhì)下耙平器種類為插入點(diǎn)，結(jié)合工程特點(diǎn)，總結(jié)出一套可行效果良好的施工方案。項(xiàng)目取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下。

3.1? 研究施工土質(zhì)，更換耙平器類型

工程實(shí)際施工過程中，分析出耙吸船施工后形成壟溝的主要原因，排除了因?yàn)椴季€不均等原因外，主要為土質(zhì)因素影響造成壟溝的形成，項(xiàng)目部通過土質(zhì)采樣，發(fā)現(xiàn)壟溝區(qū)域土質(zhì)主要為粉細(xì)砂和中砂等固結(jié)的土質(zhì)，項(xiàng)目部及時(shí)更換耙平器類型，使用滾鏟型耙平器進(jìn)行施工，破土效果良好，有效地施工壟溝區(qū)域，配合耙吸船施工期間，耙吸船施工效率也得到了進(jìn)一步提升。

3.2? 采用S型曲線進(jìn)行布線

由于本工程航道為320m寬，耙吸船施工方向基本是沿航道軸線方向施工，壟溝方向大體上顯示為沿著航道軸線方向。如拖輪攜帶耙平器施工繼續(xù)沿著航道軸線方向施工，則破土效果不理想。想要最大化利用耙平器破土效果，則是垂直于航道軸線施工，由于航道寬度僅為320m，拖輪航速為4節(jié)的話，約2分鐘就需要調(diào)頭一次，影響施工時(shí)利率，且頻繁穿越航道，存在安全隱患威脅。最終，項(xiàng)目采用與軸線成S型曲線的布線方式，既保證了破土效果，也提高了耙平器施工效率，同時(shí)也有利于拖輪對(duì)進(jìn)出港船舶的避讓。

4? 應(yīng)用前景

隨著疏浚設(shè)備及工程的復(fù)雜化，一些挖泥船輔助設(shè)備對(duì)疏浚船舶的生產(chǎn)率影響越來越大。通過對(duì)耙平器應(yīng)用的研究，為以后類似工程提供可靠的施工工藝和操作要點(diǎn)。對(duì)疏浚項(xiàng)目中掃淺施工投入設(shè)備多、時(shí)間長等問題給出了新的解決辦法。提高工程掃淺施工中的生產(chǎn)效率，保障了工程順利驗(yàn)收，有效降低了企業(yè)施工成本，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)工程實(shí)際情況，及時(shí)總結(jié)和推廣耙平器在施工掃淺中的應(yīng)用，對(duì)疏浚行業(yè)和企業(yè)未來發(fā)展有很大幫助。

5? 存在問題、建議及下一步研究工作設(shè)想

（1）耙平器下放深度單僅靠人工觀察吊索鋼絲繩上的標(biāo)記作為判斷，存在一定人為誤差。且新的鋼絲繩在使用一定的時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生不同程度的變形，這就要求對(duì)長度重新進(jìn)行標(biāo)記。建議安裝深度指示儀，可以對(duì)下方深度進(jìn)行更精確的把控。

（2）若施工區(qū)存在涌浪或者泥面高差較大時(shí)，耙平器會(huì)隨著上下抖動(dòng)，對(duì)吊索產(chǎn)生一定的頓挫力，對(duì)吊索鋼絲繩有所損壞。如果參考耙吸船一樣安裝波浪補(bǔ)償設(shè)備，則可以保護(hù)吊索鋼絲繩，同時(shí)提高施工作業(yè)中的抗風(fēng)浪能力。

6? 結(jié)論

長興島航道疏浚工程中，由于業(yè)主前期信息提供的不充足與施工調(diào)查的忽視，受不良土質(zhì)干擾，施工進(jìn)程受到了較大的影響。雖然，項(xiàng)目組成員在施工過程中臨時(shí)決定了耙平器種類的更換，保證航道疏浚項(xiàng)目順利完成。但在該項(xiàng)目中也體現(xiàn)出了多種問題，如現(xiàn)代航道疏浚環(huán)境的不斷復(fù)雜導(dǎo)致現(xiàn)有耙平器結(jié)構(gòu)及使用方案都需要進(jìn)行創(chuàng)新。筆者就耙平器吊索結(jié)構(gòu)提出了深度指示儀與波浪補(bǔ)償設(shè)備添加的建議，為耙平器掃淺工藝與航道疏浚工程的創(chuàng)新發(fā)展做出了一定貢獻(xiàn)。

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